RU2271551C2 - Method for detecting underwater objects and device for realization of said method - Google Patents
Method for detecting underwater objects and device for realization of said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2271551C2 RU2271551C2 RU2004105909/09A RU2004105909A RU2271551C2 RU 2271551 C2 RU2271551 C2 RU 2271551C2 RU 2004105909/09 A RU2004105909/09 A RU 2004105909/09A RU 2004105909 A RU2004105909 A RU 2004105909A RU 2271551 C2 RU2271551 C2 RU 2271551C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- signals
- angles
- spatial
- reflected
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может использоваться в гидролокационных устройствах обнаружения подводных объектов (подводных лодок, малоразмерных объектов: мин, подводных пловцов), предназначенных для использования в районах с высоким уровнем реверберационных помех, обусловленных мелководьем, сложным рельефом дна, волнением водной поверхности.The invention relates to the field of sonar acoustics and can be used in sonar detection devices for underwater objects (submarines, small-sized objects: mines, underwater swimmers), intended for use in areas with a high level of reverberation interference due to shallow water, complex bottom topography, and excitement of the water surface.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного технического решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков.To assess the novelty and technical level of the claimed technical solution, we consider a number of technical means known to the applicant for similar purposes, characterized by a combination of features similar to the claimed invention.
Известен способ обнаружения и локации подводной цели на охраняемой морской акватории, суть которого заключается в том, что с помощью сфокусированного лазерного излучения в месте предполагаемого расположения цели в охраняемой морской акватории инициируют ударную звуковую волну или последовательность ударных звуковых волн. Отраженные от подводной цели звуковые волны вместе с инициированными звуковыми волнами принимаются гидроакустическим приемником с остронаправленной характеристикой направленности. Обработка принятых сигналов позволяет произвести обнаружение и сопровождение подводной цели. Для обеспечения скрытности системы обнаружения, что является достигаемым техническим результатом, амплитуду последовательности звуковых импульсов задают ниже или на уровне морских шумов или помех морской акватории, см. патент РФ №2176401.A known method for detecting and locating an underwater target in a protected marine area, the essence of which is that with the help of focused laser radiation in place of the intended location of the target in a protected marine area initiate a shock wave or a sequence of shock sound waves. Sound waves reflected from the underwater target along with the initiated sound waves are received by a hydroacoustic receiver with a highly directional directivity characteristic. Processing the received signals allows the detection and tracking of an underwater target. To ensure the secrecy of the detection system, which is the technical result achieved, the amplitude of the sequence of sound pulses is set lower or at the level of sea noise or interference from the sea, see RF patent No. 2176401.
Известен способ обнаружения подводных объектов на морском рубеже в мелком море, в котором излучают направленные в верхнее полупространство гидроакустические импульсы из ряда точек с известными координатами, расположенных на дне на линии рубежа, принимают отраженные от объектов эхосигналы в этих же точках и о месте положения объекта судят по координатам приемника, обнаружившего эхосигнал, излучают импульсы в соседних точках на разных частотах и во всех точках одновременно, принимают в каждой точке эхосигналы собственной частоты и по меньшей мере двух других частот от соседних по линии излучателей с каждой стороны, расстояние между соседними точками приема-излучения выбирают равным двойной глубине моря по линии рубежа, время прихода эхо-сигналов ограничивают временем прихода отраженных от поверхности моря импульсов на каждой из принимаемых в данной точке частот, а местоположение обнаруженного объекта уточняют по координатам излучателей, работающих на частоте принятых эхосигналов. Следят за уровнем прямых гидроакустических импульсов, принятых от соседнего излучателя, и при изменении этого уровня судят о появлении объекта вблизи дна. Технический результат заключается в обеспечении достоверности и непрерывности контроля, исключении зон неуверенного приема, см. патент РФ №2161319.There is a method of detecting underwater objects at a sea line in a shallow sea, in which hydroacoustic pulses directed to the upper half-space emit from a number of points with known coordinates located at the bottom on the line of reception, receive echo signals reflected from objects at these points and judge about the position of the object the coordinates of the receiver that detected the echo signal emit pulses at neighboring points at different frequencies and at all points at the same time, receive echo signals of natural frequency at each point and at at least two other frequencies from the adjacent emitters on each side of the line, the distance between adjacent points of reception and emission is chosen equal to the double depth of the sea along the boundary line, the arrival time of the echo signals is limited by the arrival time of the pulses reflected from the sea surface at each of the received at this point frequencies, and the location of the detected object is specified by the coordinates of the emitters operating at the frequency of the received echo signals. They monitor the level of direct sonar pulses received from a neighboring emitter, and when this level changes, the appearance of an object near the bottom is judged. The technical result consists in ensuring the reliability and continuity of control, the exclusion of areas of uncertain reception, see RF patent No. 2161319.
Известен способ обнаружения подводных объектов, в основе которого лежит облучение контролируемого пространства набором тонально-модулированных сигналов, несущие и модуляционные частоты которых выбраны в соответствии с предполагаемыми размерами объектов, их положением относительно поверхности водоема и скорости. Принятый сигнал расфильтровывают в соответствии с измеренным, детектируют каждый канал и по ослаблению соответствующих компонент судят о наличии, размерах и параметрах движения объектов. Устройство для обнаружения подводных объектов содержит излучатель, усилитель мощности, задающий генератор, модулятор, блок набора несущих частот, блок набора модуляционных частот, приемную антенну, усилитель, многоканальный частотный фильтр, низкоканальный детектор, индикатор, см. патент РФ №2008692.A known method for detecting underwater objects, which is based on the irradiation of the controlled space by a set of tone-modulated signals, the carrier and modulation frequencies of which are selected in accordance with the estimated size of the objects, their position relative to the surface of the reservoir and speed. The received signal is filtered out in accordance with the measured one, each channel is detected, and the attenuation of the corresponding components is used to judge the presence, size and motion parameters of objects. A device for detecting underwater objects includes a radiator, a power amplifier, a master oscillator, a modulator, a set of carrier frequencies, a modulation frequency set, a receiving antenna, an amplifier, a multi-channel frequency filter, a low-channel detector, an indicator, see RF patent No. 2008692.
Известен способ обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область натурного водоема, заключающийся в последовательном облучении с помощью гидроакустического излучателя различных зон контролируемой водной акватории и приеме акустического сигнала, провзаимодействующего с подводным объектом гидроакустическим приемником, с последующим определением местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала, см. патент США N4319349.A known method of detecting an invasion of an underwater object in a controlled area of a natural body of water, which consists in sequentially irradiating with the aid of a hydroacoustic emitter various zones of a controlled water area and receiving an acoustic signal interacting with an underwater object with a hydroacoustic receiver, followed by determining the location, course and speed of the object according to the parameters adopted signal, see US patent N4319349.
Известен способ обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую акваторию натурного водоема, сущность которого заключается в том, что с помощью гидроакустических отражателей, располагаемых по эллиптической поверхности, задают контролируемую область натурного водоема. В фокусах эллиптической поверхности располагают гидроакустические излучатель и приемник. Излучатель выполняют в виде круговой гидроакустической антенны, а приемник, подключенный к индикатору кругового обзора - с равномерной характеристикой направленности. Последовательно по различным направлениям излучатель направляет импульсы акустической энергии, которые за один и тот же промежуток времени достигают приемника, отражаясь от гидроакустических отражателей. На индикаторе кругового обзора формируется серия импульсов. При вторжении подводного объекта в контролируемую зону один из импульсов на индикаторе кругового обзора пропадает, что указывает на наличие цели. Последовательная обработка выходных сигналов позволяет определить курс и скорость движения цели. Технический результат заключается в повышении соотношения сигнал/шум и скрытности проводимого поиска и сопровождения цели, см. патент РФ №2150123.A known method of detecting an invasion of an underwater object in a controlled water area of a natural reservoir, the essence of which is that using the sonar reflectors located on an elliptical surface, a controlled region of the natural reservoir is defined. In the foci of the elliptical surface have a sonar emitter and receiver. The emitter is made in the form of a circular sonar antenna, and the receiver connected to the indicator of all-round visibility with a uniform directional characteristic. Consistently in different directions, the emitter directs pulses of acoustic energy, which for the same period of time reach the receiver, reflected from hydroacoustic reflectors. A series of pulses are formed on the circular view indicator. When an underwater object invades the monitored zone, one of the pulses on the circular viewing indicator disappears, which indicates the presence of a target. Sequential processing of the output signals allows you to determine the course and speed of the target. The technical result consists in increasing the signal-to-noise ratio and secrecy of the search and tracking of the target, see RF patent No. 2150123.
Основной технической проблемой всех известных гидроакустических способов обнаружения подводных объектов является ограничение воздействия реверберационных помех, т.е. повышение помехоустойчивости обнаружения.The main technical problem of all known hydroacoustic methods for detecting underwater objects is the limitation of the effects of reverberation noise, i.e. increased noise immunity detection.
Известны различные способы ограничения воздействия (снижения) реверберационных помех при решение задачи обнаружения объектов. В основном они связаны с энергетическими характеристиками приема отраженных сигналов (см., например, Дж. Урик Основы гидроакустики, Л, Судостроение, 1978 г., с.250-259). При этом ограничение реверберационных помех обеспечивают путем сокращения волнового пакета эхосигнала (пространственного объема одновременного приема отраженных сигналов), что достигается увеличением пространственного разрешения по дальности (вдоль пути распространения сигнала) за счет уменьшения длительности излучаемого сигнала и по фронту сигнала за счет сужения (уменьшения телесного угла) характеристики направленности (ХН) излучающей и приемной антенны.There are various ways to limit the impact (reduction) of reverberation noise when solving the problem of detecting objects. They are mainly associated with the energy characteristics of the reception of reflected signals (see, for example, J. Urik, Fundamentals of Hydroacoustics, L, Shipbuilding, 1978, p. 250-259). At the same time, reverberation noise is limited by reducing the wave packet of the echo signal (spatial volume of the simultaneous reception of reflected signals), which is achieved by increasing the spatial resolution in range (along the signal propagation path) by reducing the duration of the emitted signal and along the signal front due to narrowing (decreasing solid angle ) directivity characteristics (XI) of the emitting and receiving antennas.
В ряде случаев эти способы исчерпали свои возможности. Дальнейшее уменьшение длительности сигнала и сужение характеристик направленности излучающих и приемных антенн сокращает не только число мешающих отражателей, одновременно участвующих в формировании отраженного сигнала, но и приводит к сокращению самой отражающей поверхности объекта, одновременно участвующей в отражении, т.е. к уменьшению амплитуды отраженного от объекта сигнала, что недопустимо с точки зрения обеспечения повышения помехоустойчивости приема. Поэтому требуются новые способы ограничения воздействия реверберации, позволяющие увеличить пространственное разрешение при приеме в пределах допустимого минимального пространственного объема волнового пакета эхосигнала.In some cases, these methods have exhausted their capabilities. A further decrease in the signal duration and narrowing of the directivity of the emitting and receiving antennas reduces not only the number of interfering reflectors simultaneously participating in the formation of the reflected signal, but also reduces the reflecting surface of the object itself, which is simultaneously involved in reflection, i.e. to reduce the amplitude of the signal reflected from the object, which is unacceptable from the point of view of providing increased noise immunity of the reception. Therefore, new methods are required to limit the effects of reverberation, allowing to increase the spatial resolution when received within the allowable minimum spatial volume of the wave packet of the echo signal.
Из области задач гидроакустики, связанных с изучением и отображением пространственной структуры лоцируемых объектов (например, при картографировании морского дна) известны технические решения, обеспечивающие разделение источников отражения, лежащих в вертикальном продольном (осевом) сечении характеристики направленности приемной антенны. В частности, информацию о пространственном положении отражателей относительно оси ХН в пределах волнового пакета отраженного сигнала позволяет получить принцип интерферометрии акустического луча. Реализация этого принципа подразумевает прием эхосигнала на две идентичные ХН приемных антенн с разнесенными по вертикале фазовыми центрами в плоскости, перпендикулярной направлению приема.From the field of hydroacoustic problems related to the study and display of the spatial structure of located objects (for example, when mapping the seabed), technical solutions are known that provide separation of reflection sources lying in a vertical longitudinal (axial) section of the directivity of the receiving antenna. In particular, information on the spatial position of the reflectors relative to the axis of the XI within the wave packet of the reflected signal allows you to get the principle of interferometry of the acoustic beam. The implementation of this principle implies the reception of an echo signal on two identical XN receiving antennas with vertically spaced phase centers in a plane perpendicular to the direction of reception.
Использование метода интерферометрии в зарубежных гидролокаторах бокового обзора (см., например, Обзор: Развитие гидроакустических систем измерения глубин на основе гидролокаторов бокового обзора, Судостроение за рубежом, №1, 1987, с.76-80) позволило перейти от многолучевого приема узкими диаграммами (вертикального веера) к одному широкому лучу с явными преимуществами в детализации элементов рельефа дна. В этих гидролокаторах пространственное положение отражающих объектов регистрируется по дистанции до них и по углу наклона (вертикальному пеленгу), определяемому по разности фаз отраженного сигнала, принятого на две разнесенные антенны. В гидролокационной системе Atlas GFBS30 ( Bathymetrical Fan Beam Sonar Atlas GFBS30 Technical Proposal, Krupp Atlas Electronic, 1987 г., IX) принцип интерферометрии реализуется в 90-градусной ХН путем создания заранее вычисленных 64 приращений временной задержки в пределах длительности импульса, принимаемого на две разнесенные антенны, что аналогично 64 лучевому эхолоту.Using the interferometry method in foreign side-scan sonars (see, for example, Overview: Development of sonar depth measurement systems based on side-scan sonars, Shipbuilding Abroad, No. 1, 1987, p. 76-80) allowed us to switch from multi-beam reception to narrow diagrams ( vertical fan) to one wide beam with obvious advantages in detailing the bottom topography. In these sonars, the spatial position of the reflecting objects is recorded by the distance to them and by the angle of inclination (vertical bearing), determined by the phase difference of the reflected signal received on two separated antennas. In the Atlas GFBS30 sonar system (Bathymetrical Fan Beam Sonar Atlas GFBS30 Technical Proposal, Krupp Atlas Electronic, 1987, IX), the principle of interferometry is implemented in a 90-degree CI by creating pre-calculated 64 increments of the time delay within the pulse duration taken by two spaced antennas, which is similar to 64 beam echo sounder.
Приведенные технические решения для пеленгования в одной (вертикальной) плоскости, направленные на выявление структуры отражающей поверхности, в частности поверхности дна, могут быть использованы для повышения разрешающей способности по пространству (по азимуту и по углу места) в пределах телесного угла ХН приемной антенны путем двухплоскостного пеленгования отражателей, одновременно находящихся в плоскости фронта принимаемого сигнала.The above technical solutions for direction finding in one (vertical) plane, aimed at revealing the structure of the reflecting surface, in particular the bottom surface, can be used to increase the spatial resolution (in azimuth and elevation) within the solid angle X of the receiving antenna by a two-plane direction finding reflectors, simultaneously located in the plane of the front of the received signal.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по физической сущности является способ, реализованный в гидролокаторе фирмы Ferranti (Великобритания) (Jane's Defence Weekly, 1987, 7, 18/IV, №15, 743; The Daily Telegraph, 1987, 24/VIII, №41 082,8.) (Судостроение за рубежом, №12, 1987, с.82) и основанный на излучении в водное пространство импульсного сигнала (посылки), приеме отраженных сигналов на две раздельные гидроакустические антенны, осуществляющие обзор пространства в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, определении с высокой разрешающей способностью пеленга (азимута), угла наклона (угла места) и дистанции до цели. Обнаружение производится по соответствию координат отражающего объекта с заранее установленными значениями.Closest to the proposed invention in physical essence is the method implemented in the sonar company Ferranti (UK) (Jane's Defense Weekly, 1987, 7, 18 / IV, No. 15, 743; The Daily Telegraph, 1987, 24 / VIII, No. 41 082 , 8.) (Shipbuilding abroad, No. 12, 1987, p. 82) and based on the emission of a pulse signal (sending) into the water, reception of reflected signals on two separate sonar antennas that provide an overview of the space in horizontal and vertical planes, determination of the high-resolution bearing (azimuth), angle n clone (elevation) and distance to the target. Detection is performed by matching the coordinates of the reflecting object with pre-set values.
Недостатком данного способа является отсутствие эффективных действий, направленных на ограничение воздействия реверберации.The disadvantage of this method is the lack of effective actions aimed at limiting the effects of reverb.
В основу заявленного изобретения положено решение задачи повышения помехоустойчивости обнаружения подводных объектов за счет ограничения воздействия реверберационных помех путем разделения отметок от мешающих отражателей в плоскости фронта принимаемого сигнала в соответствии с их пространственным положением относительно оси характеристики направленности приемной антенны.The basis of the claimed invention is the solution to the problem of improving the noise immunity of detecting underwater objects by limiting the effects of reverberation interference by separating marks from interfering reflectors in the plane of the front of the received signal in accordance with their spatial position relative to the axis of the directivity of the receiving antenna.
Сущность объекта изобретения - способа выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.The essence of the object of the invention - the method is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the invention.
Способ обнаружения подводных объектов, согласно которому подводное контролируемое пространство облучают гидроакустическим сигналом, принимают отраженные от объекта сигналы на раздельные приемные гидроакустические антенны, осуществляющие обзор контролируемого подводного пространства в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, характеризуется тем, что определяют в каждый момент времени в течение цикла излучение-прием углы прихода отраженных сигналов в горизонтальной и в вертикальной плоскостях путем определения разности фаз между парами сигналов, принятых соответствующими парами приемных антенн с разнесенными в горизонтальной и в вертикальной плоскостях фазовыми центрами в плоскости фронта отраженного сигнала, определяют для каждого момента приема текущие гистограммы плотности распределения углов прихода сигнала в обеих плоскостях, путем определения времени пребывания наблюдаемого угла приема в каждом интервале углов в секторах характеристик направленности приемных антенн за время длительности излученного сигнала, определяют максимумы плотности гистограмм этих распределений, по которым путем их перемножения определяют текущие реализации значений максимумов двумерной плотности распределения углов прихода отраженных сигналов в плоскости фронта принимаемого сигнала, и по этим реализациям, усредненным за несколько циклов излучение-прием, определяют реализацию текущих порогов обнаружения, и по превышению максимума гистограммы плотности распределения угла прихода принимаемого сигнала над порогом судят об обнаружении подводного объекта.A method for detecting underwater objects, according to which the underwater controlled space is irradiated with a hydroacoustic signal, the signals reflected from the object are received at separate receiving hydroacoustic antennas that review the controlled underwater space in horizontal and vertical planes, characterized in that radiation is determined at each moment of time during the cycle -receiving angles of arrival of reflected signals in the horizontal and vertical planes by determining the phase difference for pairs of signals received by the corresponding pairs of receiving antennas with phase centers spaced apart in the horizontal and vertical planes in the plane of the front of the reflected signal, determine for each moment of reception the current histograms of the density of distribution of the angles of arrival of the signal in both planes by determining the residence time of the observed reception angle in each the interval of angles in the sectors of the directivity characteristics of the receiving antennas during the duration of the emitted signal, determine the maxima of the histo density grams of these distributions, by which, by multiplying them, the current realizations of the maximum values of the two-dimensional density distribution of the angles of arrival of the reflected signals in the plane of the front of the received signal are determined, and these realizations, averaged over several radiation-reception cycles, determine the implementation of the current detection thresholds, and by exceeding the maximum histograms of the density distribution of the angle of arrival of the received signal above the threshold judge the detection of an underwater object.
В предлагаемом способе ограничение воздействия реверберации достигается за счет организации пространственной обработки сигнала.In the proposed method, the limitation of the effects of reverberation is achieved through the organization of spatial signal processing.
Физическая сущность предлагаемого способа заключается в определении в момент временного положения распространяющегося фронта волны пространственных углов визирования акустического луча (пеленгов) на каждый отражающий элемент, находящийся в волновом пакете отраженного сигнала (в пространстве между передним и задним фронтами импульса сигнала), и ограниченным телесным углом характеристики направленности приемной антенны.The physical essence of the proposed method consists in determining at the moment of the temporary position of the propagating wave front the spatial angles of sight of the acoustic beam (bearings) for each reflecting element located in the wave packet of the reflected signal (in the space between the leading and trailing edges of the signal pulse) and the limited solid angle of the characteristic directivity of the receiving antenna.
Из устройства, реализующих гидроакустические способы обнаружения подводных объектов, известна приемоизлучающая когерентная гидроакустическая система, которая предназначена для обнаружения подводных объектов и классификации их в реальном масштабе времени и состоит из низкочастотной широкополосной излучающей системы, выполненной не на пьезокерамических преобразователях, и приемной системы, выполненной на пьезокерамических преобразователях. При излучении акустического поля выполняют амплитудно-фазовые распределения в широко полосе частот по заранее подготовленному закону модуляции излучаемого свипа, при этом уравнения для излучения акустического поля одновременно являются опорными уравнениями в программно-алгоритмическом обеспечении процесса приема и обработки акустических сигналов, см. патент РФ №2204150.Of the device that implements hydroacoustic methods for detecting underwater objects, a known emitting coherent hydroacoustic system is known, which is designed to detect underwater objects and classify them in real time and consists of a low-frequency broadband emitting system not made on piezoceramic transducers, and a receiving system made on piezoceramic converters. When emitting an acoustic field, amplitude-phase distributions are performed in a wide frequency band according to a previously prepared law of modulation of the emitted sweep, while the equations for emitting an acoustic field are simultaneously support equations in the software and algorithmic process for receiving and processing acoustic signals, see RF patent No. 2204150 .
Наиболее близким к предлагаемому устройству по физической сущности является гидроакустическое оборудование, использованное в гидролокаторе фирмы Ferranti (Великобритания) (Jane's Defence Weekly, 1987, 7, 18/IV, №15, 743; The Daily Telegraph, 1987, 24/VIII, №41, 082,8) (Судостроение за рубежом, №12, 1987, с.82).The closest to the proposed device in physical essence is the sonar equipment used in the sonar company Ferranti (United Kingdom) (Jane's Defense Weekly, 1987, 7, 18 / IV, No. 15, 743; The Daily Telegraph, 1987, 24 / VIII, No. 41 , 082.8) (Shipbuilding abroad, No. 12, 1987, p. 82).
Сущность объекта изобретения - устройства, предназначенного для реализации вышеописанного способа, выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением, технического результата.The essence of the object of the invention is a device designed to implement the above method, is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result provided by the invention.
Устройство для осуществления вышеописанного способа обнаружения подводных объектов, включающее гидроакустическое оборудование, характеризуется тем, что последнее выполнено в виде гидроакустической приемо-излучающей системы, установленной на платформе в море, включающей направленную излучающую антенну и не менее трех идентичных и соосно направленных приемных антенн с разнесенными в плоскости фронта излученного сигнала по вертикали и по горизонтали фазовыми центрами, электрически связанных с выносными усилителями излучаемых и принятых сигналов, также установленными на платформе и соединенными магистральным кабелем связи с пультом управления, установленным на берегу и содержащим блок питания выносных усилителей, блоки фазовых детекторов, управляющую и регистрирующую электронно-вычислительную машину, включающую блок цифровой обработки информации и блок управления, при этом выходы приемных усилителей через магистральный кабель связи соединены со входами фазовых детекторов горизонтального и вертикального пеленгования, выходы которых соединены со входом блока цифровой обработки информации электронно-вычислительной машины, один выход которого соединен со средством для визуализации результатов обработки информации, а другой вывод через блок управления электронно-вычислительной машины соединен со входом усилителя мощности излучаемых сигналов.A device for implementing the above-described method for detecting underwater objects, including sonar equipment, is characterized in that the latter is made in the form of a sonar receiving-emitting system installed on a platform in the sea, including a directional radiating antenna and at least three identical and coaxially directed receiving antennas with spaced apart plane of the front of the emitted signal vertically and horizontally by phase centers, electrically connected with remote amplifiers emitted and received signals, also installed on the platform and connected by a communication cable with a control panel installed on the shore and containing a power amplifier for remote amplifiers, phase detector units, which controls and records an electronic computer, including a digital information processing unit and a control unit, with outputs receiving amplifiers are connected through the main communication cable to the inputs of phase detectors of horizontal and vertical direction finding, the outputs of which are connected to the input of the unit The digital data processing electronic computer, one output of which is connected to a means for visualizing the results of information processing, and the other terminal through the control unit of a computer connected to the input of the power amplifier radiated signals.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан принцип определения пеленгов, где A1, A2, А3 - приемные акустические антенны, фазовые центра которых разнесены на расстояние d в горизонтальной и в вертикальной плоскостях, на фиг.2 - характерный вид пространственного положения отметок (в плоскости угловых координат), соответствующих различному угловому положению отражателей относительно оси диаграммы, на фиг.3 - осциллограммы принимаемых сигналов по всей дистанции зондирования, соответствующие различным способам обнаружения, при этом на фиг.3а приведена зависимость амплитуды отраженного сигнала в случае амплитудно-временной обработки (прием на одну из трех антенн), а на фиг.3б приведена такая же осциллограмма сигнала, соответствующего значению максимума гистограммы углов прихода эхосигналов в растворе приемной характеристики, на фиг.4 представлен общий вид приемопередающей части устройства, реализующего заявленные способы обнаружения подводных объектов, на фиг.5 - общий вид пульта управления, на фиг.6 - блок-схема устройства (блок питания условно не показан).The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows the principle of determining bearings, where A 1 , A 2 , A 3 are receiving acoustic antennas whose phase centers are spaced apart by a distance d in horizontal and vertical planes, and Fig. 2 is a characteristic view the spatial position of the marks (in the plane of the angular coordinates) corresponding to different angular positions of the reflectors relative to the axis of the diagram, Fig. 3 - waveforms of received signals over the entire sensing distance, corresponding to different detection methods , in Fig.3a shows the dependence of the amplitude of the reflected signal in the case of amplitude-time processing (reception on one of the three antennas), and Fig.3b shows the same waveform of the signal corresponding to the maximum histogram of the angles of arrival of echo signals in the solution of the receiving characteristic, figure 4 presents a General view of the transceiver part of the device that implements the claimed methods for detecting underwater objects, Figure 5 is a General view of the control panel, Figure 6 is a block diagram of the device (power supply is not shown conventionally).
Устройство для обнаружения подводных объектов состоит из приемоизлучающей гидроакустической системы 1, закрепленной с помощью корпуса 2 на платформе 3, установленной в воде. Антенная система включает одну излучающую направленную антенну 4 и три направленные приемные антенны 5, 6, 7. Компоновка антенн выполнена так, что оси характеристик направленности всех антенн параллельны, а приемные антенны установлены так, что могут обеспечить пространственный прием двумя группами антенн с разнесенными фазовыми центрами в плоскости, перпендикулярной осям характеристик направленности. Пара приемных антенн 6 и 7 формирует приемную группу с разнесенными фазовыми центрами в горизонтальной плоскости, а пара антенн 5 и 7 - в вертикальной, общей антенной в группах является антенна 7. Разнесение фазовых центров в обеих группах одинаково 4λ, что на рабочей частоте сигнала 50 кГц составляет 12 см. Такой же размер имеют апертуры антенн, что обеспечивает их ширину характеристики направленности на уровне 0,7 от осевого максимума 15° в обеих плоскостях.A device for detecting underwater objects consists of a transceiving
Внутри корпуса 2 размещены выносные усилители в составе: усилитель излучаемых сигналов 8 и усилители принятых сигналов 9, 10 и 11. Усилители 8, 9, 10 и 11 электрически связаны магистральным кабелем 12 с пультом управления 13, размещенным на берегу. Пульт управления 13 состоит из корпуса 14, внутри которого размещены блок питания выносных усилителей 15, блоки фазовых детекторов 16 и 17, определяющие фазовые углы задержек прихода сигналов от приемных антенн 5 и 6 относительно сигналов, принятых опорной антенной 7, фазовые детекторы реализованы аппаратными средствами, обеспечивающими погрешность измерения фазового угла на уровне типовых фазометров ~δφ=10° (В.Б.Пестряков, радиотехнические системы, М., Радио и Связь, 1985 г. с.291), что в пересчете на величину пространственного угла при приеме устройством в секторе характеристики направленности 15° составляет 0,05 град.Remote amplifiers are located inside the
На корпусе 14 пульта управления 13 размещена управляющая и регистрирующая электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) 19, включающая блок цифровой обработки информации 18 и блок управления 22, монитор 21 и клавиатуру 20. Блок управления 22 связан с выходом блока цифровой обработки информации 18 и обеспечивает управление излучением сигналов, при этом выход блока управления 22 подключен к входу выносного усилителя излучаемых сигналов 8.A control and recording electronic computer (PC) 19, including a digital
Блок цифровой обработки информации 18 связан с выходами фазовых детекторов 16, 17 и выполняет вычислительные функции по приему и обработке информации, поступающей с выходов фазовых детекторов 16 и 17, при этом блок цифровой обработки информации 18 обеспечивает функции визуализации данных обработки на экране монитора 21, установленного вместе с клавиатурой 20, и вывода визуальной графической и числовой информации на машиночитаемый носитель 23.The digital
Устройство взаимодействует с ПЭВМ 19 через стандартный аппаратный интерфейс - вход Ethernet 10/100 Base-TX сетевой карты, которые входят в состав устройства (на чертеже не показаны). Связь устройства с ПЭВМ выполнена любым известным способом.The device interacts with the PC 19 through a standard hardware interface - the Ethernet 10/100 Base-TX input of the network card, which are part of the device (not shown in the drawing). The connection of the device with the PC is made in any known manner.
Регистрирующая и вычислительная функции устройства по получению и обработке информации реализуется в системе ПЭВМ с помощью управляющей программы, запускаемой с клавиатуры 20, при этом в блоке цифровой обработки информации 18 по заданной программе производится построение текущих гистограмм плотности распределения углов прихода отраженных сигналов по горизонтальному и по вертикальному каналам, вычисляются максимумы двумерной плотности распределения углов прихода для каждого момента времени приема отраженного сигнала, полученные временные реализации максимумов за каждый период излучения по заданному числу периодов излучения усредняются и запоминаются как пороговые, с которыми сравниваются вычисленные значения максимумов двумерной плотности распределения отраженных сигналов для каждого момента времени приема, по результатам сравнения судят об обнаружении подводного объекта.The recording and computational functions of the device for obtaining and processing information are implemented in the PC system using a control program launched from the
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
Отраженный сигнал на частоте ωo поступает по акустическому лучу под углами (пеленгами) α и β (фиг.1) к осям характеристик направленности приемных антенн в горизонтальной и в вертикальной плоскости. Прием отраженного сигнала с каждого направления пространства производится на группу из трех одинаковых и соосно направленных антенн, из которой формируется две пары (A1, А2 и A1, А3) приемных антенн с разнесенными фазовыми центрами в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. При этом одна из антенн (A1) является общей для обеих групп.The reflected signal at a frequency ω o enters the acoustic beam at angles (bearings) α and β (Fig. 1) to the axes of the directivity characteristics of the receiving antennas in the horizontal and vertical plane. A reflected signal is received from each direction of space to a group of three identical and coaxially directed antennas, from which two pairs (A 1 , A 2 and A 1 , A 3 ) of receiving antennas with spaced phase centers in horizontal and vertical planes are formed. Moreover, one of the antennas (A 1 ) is common to both groups.
Изучение зондирующего сигнала производится отдельной излучающей антенной. Возможно также излучение сигнала с помощью одной из трех приемных антенн. Излучающими сигналами являются импульсы с высокой разрешающей способностью: простые (с тональным заполнением) импульсные сигналы длительностью то, либо сложные широкополосные сигналы с той же эффективной длительностью тэфф=то, получаемой при когерентной обработке (сжатии) принятого сигнала. Длительность сигнала должна быть по возможности минимальной, но не меньше временной протяженности обнаруживаемого объекта то≥2L/C, где L - длина объекта, с - скорость звука в воде. Для обнаружения крупного объекта типа подводная лодка (L=75-150 м) длительность сигнала должна быть около 100-200 мс, а для обнаружения малоразмерных объектов типа подводный пловец то≈1-2 мс.The probe signal is studied by a separate radiating antenna. It is also possible to emit a signal using one of the three receiving antennas. Emitting signals are pulses with high resolution: simple (tone filling) pulse signals of duration T, or complex broadband signals with the same effective duration t eff = t o, obtained by the coherent processing (compression) of the received signal. The duration of the signal should be as low as possible, but not smaller time span of the detected object T ≥2L / C, where L - length of the object, c - velocity of sound in water. For the detection of large object type submarine (L = 75-150 m) signal duration should be about 100-200 ms and for detection of small objects such as the diver a m ≈1-2 ms.
Частота заполнения сигнала должна находиться в пределах от 2-3 кГц для обнаружения крупных объектов и до 200-300 кГц при обнаружении малоразмерных объектов. При излучении сложных сигналов полоса частотного заполнения должна составлять Δf=1/тo.The signal filling frequency should be in the range from 2-3 kHz for the detection of large objects and up to 200-300 kHz when detecting small objects. When complex signals are emitted, the frequency filling band should be Δf = 1 / t o .
Информация о величине горизонтального и вертикального пеленга на отражатели в волновом пакете определяется по фазовым сдвигам между сигналами, принятыми на разнесенные антенны, пропорциональным временной задержке сигнала в антенне A2 относительно A1 и сигнала в антенне А3 относительно A1.Information on the magnitude of the horizontal and vertical bearings on the reflectors in the wave packet is determined by the phase shifts between the signals received on the separated antennas, proportional to the time delay of the signal in the antenna A 2 relative to A 1 and the signal in the antenna A 3 relative to A 1 .
Комплексные амплитуды отраженных сигналов от объекта, находящегося в волновом пакете, принятые разнесенными антеннами, можно представить в видеThe complex amplitudes of the reflected signals from an object located in the wave packet received by spaced antennas can be represented as
где U(t) - единичная импульсная функция, равная единице при t+t3+to≥t≥t+t3 и нулю при других t;where U (t) is the unit impulse function equal to unity at t + t 3 + t o ≥t≥t + t 3 and zero for other t;
А - амплитуда принятых отраженных сигналов (учитывая условия приема, когда углы α и β не велики, амплитуды сигналов во всех антеннах можно считать примерно одинаковыми);A is the amplitude of the received reflected signals (given the reception conditions when the angles α and β are not large, the amplitudes of the signals in all antennas can be considered approximately the same);
t3 - время задержки отраженного сигнала (t3=2 r/с), определяемое расстоянием r до объекта;t 3 - delay time of the reflected signal (t 3 = 2 r / s), determined by the distance r to the object;
ωo - средняя частота заполнения сигнала;ω o is the average frequency of signal filling;
Фα=ωоτ'α и Фβ=ωoτ'β - соответствующие фазовые сдвиги (фазовые углы прихода) принимаемых сигналов между парами соседних антенн;Ф α = ω о τ ' α and Ф β = ω o τ' β are the corresponding phase shifts (phase angles of arrival) of the received signals between pairs of adjacent antennas;
τ'α и τ'β временные запаздывания принимаемых сигналов между парами соседних антенн 
Значения углов прихода отраженного от объекта сигнала в плоскости его фазового фронта можно определить по разности фаз сигналов, принятых парами соседних антенн, используя следующие формулы:The angles of arrival of the signal reflected from the object in the plane of its phase front can be determined by the phase difference of the signals received by pairs of adjacent antennas using the following formulas:
Такой способ приема, основанный на пространственно-фазовой обработке отраженных сигналов, составляет техническую суть первого независимого объекта заявленного изобретения.This method of reception, based on the spatial-phase processing of the reflected signals, is the technical essence of the first independent object of the claimed invention.
Как следует из формул (2), значения углов прихода сигналов от объекта также можно определить по временным запаздываниям сигналов, принятых разнесенными антеннами. Для этого можно использовать двухплоскостные функции взаимокорреляции этих сигналов.As follows from formulas (2), the values of the angles of arrival of signals from the object can also be determined from the time delays of signals received by spaced antennas. To do this, you can use the two-plane cross-correlation functions of these signals.
Двухплоскостные функции взаимокорреляции сигналов от соответствующих пар антенн с учетом выражений (1) можно представить в следующем виде:The two-plane functions of the mutual correlation of signals from the corresponding pairs of antennas, taking into account expressions (1), can be represented as follows:
при 
при 
Максимальные значения этих функций достигаются в моменты времениThe maximum values of these functions are reached at time instants.
t=t3=то+τα и t=t3=то+τβ.t = t 3 = t o + τ α and t = t 3 = t o + τ β .
Фазовые углы (Фα=ωτα и Фβ=ωτβ) в экспонентах функций корреляции можно определить, беря отношения мнимой и действительных частей выражений (3), т.е. в виде:The phase angles (Ф α = ωτ α and Ф β = ωτ β ) in the exponents of the correlation functions can be determined by taking the ratios of the imaginary and real parts of expressions (3), i.e. as:
где Im и Re - обозначение мнимой и действительной частей комплексной функции.where Im and Re are the designation of the imaginary and real parts of the complex function.
Учитывая малость углов α и β (удаление объекта от антенны на расстояние r≫d) выражения для определения пеленгов на отражающий объект можно получить в следующем виде:Considering the smallness of the angles α and β (the distance of the object from the antenna by a distance r≫d), expressions for determining bearings on a reflecting object can be obtained in the following form:
Таким образом, в плоскости ортогональных координат, совпадающей с положением волнового фронта сигнала, в момент времени приема t3=τα+то и t3=τβ+то функции взаимокорреляции отраженного сигнала, принятого на разнесенные антенны, имеют максимум, пропорциональный его энергии, а местоположение отражающего объекта в плоскости углов визирования α и β также определяется группой координат: α, β и r (t3)7Thus, in the plane of orthogonal coordinates, which coincides with the position of the wavefront of the signal, at the time of receiving t 3 = τ α + т о and t 3 = τ β + т о, the inter-correlation functions of the reflected signal received on the separated antennas have a maximum proportional to its energy, and the location of the reflecting object in the plane of the viewing angles α and β is also determined by the group of coordinates: α, β and r (t 3 ) 7
Обобщая приведенные выражения для нескольких источников отражения в пределах лучевой трубки характеристики направленности антенны, реверберационный сигнал можно представить в виде:Summarizing the above expressions for several sources of reflection within the beam tube of the directivity of the antenna, the reverberation signal can be represented as:
где i - номер элементарного отражателя (i=1,2,...N);where i is the number of the elementary reflector (i = 1,2, ... N);
N - число элементарных отражателей в волновом (импульсном) пакете эхосигнала;N is the number of elementary reflectors in the wave (pulse) packet of the echo signal;
В предложении взаимной независимости элементарных отражателей, что характерно для математической модели реверберации, перекрестные члены функции взаимокорреляции пар сигналов (6) обращаются в нуль и функция взаимокорреляции сигналов по парам приемных антенн в вертикальной и в горизонтальной плоскостях имеют следующий вид.In the proposal for the mutual independence of elementary reflectors, which is typical for the mathematical model of reverberation, the cross members of the inter-correlation function of signal pairs (6) vanish and the function of inter-correlation of signals across pairs of receiving antennas in the vertical and horizontal planes has the following form.
Где 
Каждому рассеивателю соответствует угловой вектор со своими угловыми параметрами αi и βi, определяемыми аналогично выражению (5).Each diffuser corresponds to an angular vector with its angular parameters α i and β i , which are determined similarly to expression (5).
В области параметров задержки τα и τβ, соответствующих приему сигнала, группируется область рассеивателей с параметрами 
где М - число элементарных отражателей, пеленгуемых с углами приходаwhere M is the number of elementary reflectors direction finding with angles of arrival
Первый член в правой части выражения (8) представляет функция взаимокорреляции сигнала от объекта, наблюдаемого на фоне реверберационных рассеивателей.The first term on the right-hand side of expression (8) represents the function of inter-correlation of the signal from the object observed against the background of reverberation scatterers.
Характерный вид пространственного положения отметок (в плоскости угловых координат), соответствующих различному угловому положению отражателей относительно оси диаграммы, приведен, на фиг.2. В квадратном поле индикатора угловых положений отметок отображена сигнальная информация, соответствующая участку фронта волны в пределах сечения диаграммы антенны, удаленному от приемной антенны на расстояние r. По горизонтали поля индикатора отложены углы α, а по вертикали углы β. Середина поля (α=β=0) соответствует осевому направлению характеристики приемных антенн. Как видно из рисунка в верхней части плоскости фронта волны сосредоточены группы отметок, обусловленных сигналами, отраженными от поверхности воды, а в нижней от донных отражателей. Отметка от самого отражающего объекта, находящегося в толще воды на оси характеристики направленности антенны, располагается в центре квадрата.A typical view of the spatial position of the marks (in the plane of the angular coordinates) corresponding to different angular positions of the reflectors relative to the axis of the diagram is shown in FIG. 2. In the square field of the indicator of the angular positions of the marks, signal information is displayed corresponding to the portion of the wave front within the cross section of the antenna diagram, remote from the receiving antenna by a distance r. The horizontal fields of the indicator are the angles α, and the vertical angles β. The middle of the field (α = β = 0) corresponds to the axial direction of the characteristics of the receiving antennas. As can be seen from the figure, in the upper part of the plane of the wave front are concentrated groups of marks due to signals reflected from the surface of the water, and in the lower part from the bottom reflectors. The mark from the most reflecting object located in the water column on the axis of the directivity of the antenna is located in the center of the square.
Оба метода пространственного приема на основе пространственно-фазовой и пространственно-корреляционной обработки отраженных сигналов позволяют различить пространственное положение отражающих объектов в плоскости фронта волны принимаемого сигнала, что дает больше информации для обнаружения объекта и коренным образом отличает такой способ от традиционной амплитудно-временной обработки сигналов. В данном случае при приеме на одну (из трех) антенну и амплитудно-временной обработке сигнала, в момент времени приема t=t3 наблюдалась бы суммарная амплитуда сигналов от всех отражателей, находящихся в пределах волнового пакета отраженного сигнала.Both methods of spatial reception based on the spatial-phase and spatial-correlation processing of the reflected signals make it possible to distinguish the spatial position of the reflecting objects in the plane of the wave front of the received signal, which provides more information for detecting the object and fundamentally distinguishes this method from traditional amplitude-time signal processing. In this case, if a signal was received at one (of three) antennas and the signal was amplitude-temporally processed, at the time t = t 3 of the signal, the total amplitude of the signals from all reflectors within the wave packet of the reflected signal would be observed.
Представление информации о подводных отражателях в плоскости фронта отраженного сигнала, позволяющее разделить в приеме пространственно распределенные отражатели, коренным образом изменяют условия обнаружения объекта. Если при амплитудно-временной обработке обнаружение сигнала цели производится на фоне суммарного сигнала от всех мешающих отражателей, то при корреляционном обнаружении отношение сигнал/помеха характеризуется амплитудой наиболее "сильного" мешающего отражателя.Presentation of information about underwater reflectors in the plane of the front of the reflected signal, which allows to separate spatially distributed reflectors in reception, fundamentally changes the conditions for detecting an object. If during amplitude-time processing the target signal is detected against the background of the total signal from all interfering reflectors, then in correlation detection the signal-to-noise ratio is characterized by the amplitude of the most “strong” interfering reflector.
Для формализации процесса обнаружения в плоскости углов визирования (α, β) строится двумерная гистограмма Wα,β(t3), характеризующая плотность (время пребывания) пеленгов на отражающие объекты, измеренных на момент времени наблюдения t3, усредненных за время длительности импульса то и по падающих в ячейку αi, βj.To formalize the detection process in the plane of the viewing angles (α, β), a two-dimensional histogram W α, β (t 3 ) is constructed that characterizes the density (residence time) of bearings on reflecting objects measured at the time of observation t 3 averaged over the pulse duration t o and α i , β j falling into the cell.
Для построения гистограммы величина сектора углов наблюдения α и β выбирается из двух условий. Первое условие дает ограничение снизу. Минимальное значение сектора определяется шириной (как правило на уровне 0,7 от максимума) характеристики направленности приемной антенны в обеих плоскостях, которая зависит от габаритов антенны:To construct a histogram, the magnitude of the sector of the viewing angles α and β is selected from two conditions. The first condition gives a lower bound. The minimum sector value is determined by the width (usually at the level of 0.7 of the maximum) of the directivity characteristics of the receiving antenna in both planes, which depends on the dimensions of the antenna:
где λ - длина волны акустического сигнала, a D - линейный размер антенны.where λ is the wavelength of the acoustic signal, and D is the linear size of the antenna.
Для уменьшения реверберирующего обмена ширина характеристики антенны на рабочей частоте должна быть как можно меньше. В то же время на практике существуют ограничения на физические размеры антенн, обусловленные технико-экономическими требованиями, и обычно D≈(3-5)λ. При D=3λ ширина характеристики приемных антенн (2α0.7 (2β0,7) составляет около 15 град.To reduce the reverberant exchange, the width of the antenna characteristic at the operating frequency should be as small as possible. At the same time, in practice, there are restrictions on the physical dimensions of antennas, due to technical and economic requirements, and usually D≈ (3-5) λ. At D = 3λ, the width of the characteristic of the receiving antennas (2α 0.7 (2β 0.7 ) is about 15 deg.
Второе условие дает ограничение сверху. Максимальное значение сектора определяется величиной, в пределах которой могут быть получены однозначные (в пределах одного полного цикла измерений фазового угла, равного 2 тт) значения пеленгуемых углов α и β.The second condition gives a restriction from above. The maximum value of the sector is determined by the value within which unambiguous (within one full cycle of phase angle measurements equal to 2 t) values of direction finding angles α and β can be obtained.
Учитывая, что сектор приема не должен превышать сектор однозначного пеленгования, из равенства выражений (9) и (10) следует необходимое требование к выбору величины разнесения фазовых центров приемных антенн:Considering that the receiving sector should not exceed the sector of unambiguous direction finding, the equality of expressions (9) and (10) implies the necessary requirement for choosing the spacing of the phase centers of the receiving antennas:
При построении двумерной гистограммы плоскость углов приема α и β, т.е. выбранные выше сектора ±αmax=±α0.7 и ±βmax=±β0,7 разбиваются на nα и nβ ячеек, ширина которых определяется погрешностями измерения углов прихода сигналаWhen constructing a two-dimensional histogram, the plane of the reception angles α and β, i.e. the sectors chosen above ± α max = ± α 0.7 and ± β max = ± β 0 , 7 are divided into n α and n β cells, the width of which is determined by the errors in measuring the angles of arrival of the signal
где δ'α и δβ - погрешности измерения углов прихода сигнала фазовым методом пеленгования.where δ ' α and δ β are the errors of measuring the angles of arrival of the signal by the phase direction finding method.
Величины погрешностей (δ'α и δβ) зависят от разнесения приемных антенн (В.Б.Пестряков Радиотехнические системы, М., Радио и Связь. 1985 г. с.291) и определяются по формулеThe error values (δ ' α and δ β ) depend on the diversity of the receiving antennas (VB Pestryakov Radio Engineering Systems, M., Radio and Communications. 1985 p. 291) and are determined by the formula
Принимая во внимание требования к величине максимального разнесения приемных антенн (11) и учитывая выражения (9) и (13), число ячеек для построения гистограммы углов сигналов должно составлять 50×50.Taking into account the requirements for the maximum diversity of receiving antennas (11) and taking into account expressions (9) and (13), the number of cells for constructing a histogram of signal angles should be 50 × 50.
Для каждого момента времени t3 цикла излучение-прием отдельно строятся гистограммы углов прихода по пеленгу и по углу места, выбираются в них максимальные значенияFor each time moment t 3 of the radiation-reception cycle, histograms of angles of arrival along the bearing and elevation angle are separately constructed, the maximum values are selected in them
Полученные реализации Wmax(t3) запоминаются и усредняются за несколько циклов и используются для формирования текущего порога обнаружения Wп(t)=<Wmax(t3)>. Число циклов усреднения в зависимости от периода волнения водной поверхности может изменяться от 10-12 до 80-100.The obtained realizations W max (t 3 ) are stored and averaged over several cycles and used to form the current detection threshold W p (t) = <W max (t 3 )>. The number of averaging cycles, depending on the period of waves of the water surface, can vary from 10-12 to 80-100.
При появлении в характеристике приемной антенны отражающего объекта по превышению максимума гистограммы над порогом Wmax(t3)>Wп(t) принимается решение о его обнаружении.When a reflecting object appears in the characteristic of the receiving antenna by exceeding the maximum of the histogram above the threshold W max (t 3 )> W p (t), a decision is made to detect it.
Действие способа проверялось экспериментально в натурных условиях для обнаружения подводных пловцов в сложных помеховых условиях акватории, обусловленных мелководьем с глубинами от 2 до 7 м, волнением с высотой волны до 0,5 м, а также сложными рельефами и структурой дна.The action of the method was tested experimentally in natural conditions to detect underwater swimmers in difficult noise conditions of the water area, due to shallow water with depths of 2 to 7 m, waves with a wave height of up to 0.5 m, as well as complex topography and bottom structure.
В воду излучались простые тональные сигналы с частотой 50 кГц с длительностью 1 мс. Отраженные сигналы из воды принимались на три одинаковые приемные антенны с шириной характеристики направленности каждой в обеих плоскостях около 15 град. Как видно осциллограммы на фиг.3а в момент отражения от объекта выделить прирост амплитуды сигнала над реверберационной помехой практически не возможно.Simple tonal signals were emitted into the water at a frequency of 50 kHz with a duration of 1 ms. The reflected signals from the water were received on three identical receiving antennas with a directivity characteristic width of each in both planes of about 15 degrees. As you can see the oscillograms in figa at the time of reflection from the object to select the increase in the amplitude of the signal over the reverberation noise is practically impossible.
На фиг.3б видно, что сигнал, формируемый объектом, в несколько раз превышает текущий уровень реверберационной помехи. Амплитуда помехового сигнала в каждый момент времени осциллограмы определялась сигналом наиболее "сильного" отражателя.On figb it is seen that the signal generated by the object is several times higher than the current level of reverberation noise. The amplitude of the interfering signal at each time moment of the oscillogram was determined by the signal of the most “strong” reflector.
Результаты экспериментальной проверки данного способа приема эхосигналов на основе пространственно-фазовой обработки показали, что при преобладающей помехе, обусловленной поверхностной реверберацией, выигрыш в обработке сигнала за счет ограничения реверберации по сравнению с традиционной амплитудно-временной обработкой с приемом на одну антенну на 10-12 дБ выше.The results of an experimental verification of this method of receiving echo signals based on spatial-phase processing showed that, with the predominant interference caused by surface reverb, the gain in signal processing due to the limitation of reverb compared to traditional amplitude-time processing with 10-12 dB reception per antenna above.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
С клавиатуры 20 ПЭВМ 19 запускается управляющая работой устройства программа. При этом в блоке управления 22 ПВЭМ 19 пор заданной программе формируются излучаемые сигналы с заданными длительностью (1 мс), видом и частотой заполнения (тон, 50 кГц), периодом излучения (0,5 с), которые через магистральный кабель связи 12 передаются на выносной усилитель излучаемых сигналов 8. Сигналы усиливаются и через излучающую антенну 4 излучаются в воду.From the
Отраженные сигналы принимаются из воды приемными антеннами 5, 6 и 7, усиливаются выносными усилителями принятых сигналов 9, 10, 11, передаются по магистральному кабелю связи 12 на входы фазовых детекторов горизонтального и вертикального пеленгования отражателей 16, 17, в которых в каждый момент времени определяются реализации текущих углов прихода отраженных сигналов. Временные реализации текущих углов прихода отраженных сигналов с выходом фазовых детекторов 16, 17 поступают на вход блока цифровой обработки информации 18, в котором по заданной программе производится построение текущих гистограмм плотности распределения углов прихода отраженных сигналов по горизонтальному и по вертикальному каналам, вычисляются максимумы двумерной плотности распределения углов прихода для каждого момента времени приема отраженного сигнала. Полученные временные реализации максимумов за каждый период излучения по заданному числу периодов излучения усредняются и запоминаются как пороговые, с которыми сравниваются вычисленные значения максимумов двумерной плотности распределения отраженных сигналов для каждого момента приема, по результатам сравнения судят об обнаружении подводного объекта. При этом блок цифровой обработки информации 18 обеспечивает функции визуализации данных обработки на экране монитора 21 и вывода визуальной графической и числовой информации на машиночитаемый носитель 23.The reflected signals are received from the water by receiving
Экспериментальное доказательство достижения поставленной изобретением цели на примере конкретной реализации способа в устройстве обнаружения подводных объектов представлено в виде осциллограмм на фиг.3а и 3б. Осциллограмма реализации сигнала на фиг.3а, соответствующая изменению текущей величины максимума двумерной плотности распределения углов прихода отраженных сигналов в приемные антенны устройства, наглядно иллюстрирует результат снижения реверберационной помехи по сравнению с обычным приемом сигнала при тех же условиях на одну величину и его амплитудно-временной обработкой (см. осциллограмму амплитуды того же сигала, принятого на одну из трех антенн устройства, на фиг.3б).Experimental evidence of the achievement of the goals set by the invention on the example of a specific implementation of the method in a device for detecting underwater objects is presented in the form of oscillograms in figa and 3b. The waveform of the implementation of the signal in Fig. 3a, corresponding to a change in the current maximum of the two-dimensional density distribution of the angles of arrival of the reflected signals in the receiving antennas of the device, clearly illustrates the result of reducing the reverberation noise compared to conventional signal reception under the same conditions by one value and its amplitude-time processing (see the waveform of the amplitude of the same signal received on one of the three antennas of the device, figb).
Таким образом, способ обнаружения подводных объектов, основанный на пространственно-фазовой обработке сигналов, разделяющей в плоскости фронта сигнала воздействие реверберационной помехи и отражающего объекта, и устройство его реализующее, существенно (в три-четыре раза) уменьшает воздействие реверберации, повышая эффективность обнаружения пеленгуемых подводных объектов.Thus, the method for detecting underwater objects, based on spatial-phase processing of signals that separates the effects of reverberation noise and a reflecting object in the plane of the signal front, and its device that implements, significantly (three to four times) reduces the effect of reverberation, increasing the detection efficiency of direction-finding underwater objects.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105909/09A RU2271551C2 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004105909/09A RU2271551C2 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004105909A RU2004105909A (en) | 2005-07-20 |
| RU2271551C2 true RU2271551C2 (en) | 2006-03-10 |
Family
ID=35842351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004105909/09A RU2271551C2 (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2271551C2 (en) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444765C2 (en) * | 2009-12-18 | 2012-03-10 | Григорий Николаевич Щербаков | Method and apparatus for detecting ferromagnetic objects in water |
| RU2460088C1 (en) * | 2011-04-08 | 2012-08-27 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting local object on background of distributed interference |
| RU2473924C1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting and classifying signal from target |
| RU2516594C1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining distance estimation error using sonar system |
| RU2529441C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar information |
| RU2548942C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-04-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and system for compensating for masking effect of reverberation interference on detection of underwater targets during sonar detection |
| RU2568975C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Laser-acoustic system for detecting underground objects |
| RU2568338C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic imager |
| RU2568781C2 (en) * | 2013-11-21 | 2015-11-20 | Евгений Андреевич Старожук | Device for control of water lines |
| RU2580877C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of detecting local pressure fluctuations in passive location of targets moving in water with compensation of interference from surface waves |
| RU169848U1 (en) * | 2016-12-02 | 2017-04-04 | Акционерное общество "Тетис Комплексные Системы" (АО "Тетис КС") | DEVICE FOR DETECTION OF UNDERWATER OBJECTS |
| RU2624826C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of classification of objects adapted to hydroacoustic conditions |
| RU2645016C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-02-15 | Акционерное общество "Тетис Комплексные Системы" (АО "Тетис КС") | Method for detecting underwater objects (options) and device for its implementation |
| RU2694269C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for processing sonar information |
| RU2758586C1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-11-01 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Automatic detection and classification system |
-
2004
- 2004-02-20 RU RU2004105909/09A patent/RU2271551C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444765C2 (en) * | 2009-12-18 | 2012-03-10 | Григорий Николаевич Щербаков | Method and apparatus for detecting ferromagnetic objects in water |
| RU2460088C1 (en) * | 2011-04-08 | 2012-08-27 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting local object on background of distributed interference |
| RU2473924C1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-01-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of detecting and classifying signal from target |
| RU2516594C1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining distance estimation error using sonar system |
| RU2529441C1 (en) * | 2013-06-03 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of processing sonar information |
| RU2548942C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-04-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and system for compensating for masking effect of reverberation interference on detection of underwater targets during sonar detection |
| RU2568781C2 (en) * | 2013-11-21 | 2015-11-20 | Евгений Андреевич Старожук | Device for control of water lines |
| RU2568338C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic imager |
| RU2568975C1 (en) * | 2014-07-24 | 2015-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Laser-acoustic system for detecting underground objects |
| RU2580877C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of detecting local pressure fluctuations in passive location of targets moving in water with compensation of interference from surface waves |
| RU2624826C1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-07-07 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of classification of objects adapted to hydroacoustic conditions |
| RU169848U1 (en) * | 2016-12-02 | 2017-04-04 | Акционерное общество "Тетис Комплексные Системы" (АО "Тетис КС") | DEVICE FOR DETECTION OF UNDERWATER OBJECTS |
| RU2645016C1 (en) * | 2016-12-02 | 2018-02-15 | Акционерное общество "Тетис Комплексные Системы" (АО "Тетис КС") | Method for detecting underwater objects (options) and device for its implementation |
| RU2694269C1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for processing sonar information |
| RU2758586C1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-11-01 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Automatic detection and classification system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004105909A (en) | 2005-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2271551C2 (en) | Method for detecting underwater objects and device for realization of said method | |
| Schock et al. | Buried object scanning sonar | |
| JP2007507691A (en) | Sonar systems and processes | |
| US10520599B2 (en) | Systems and methods for identifying and locating target objects based on echo signature characteristics | |
| RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
| RU2366973C1 (en) | Method for detection of targets from accidental reverberation disturbances | |
| RU2133047C1 (en) | Parametric echo-pulse sonar | |
| Prieur et al. | Feasibility of second harmonic imaging in active sonar: measurements and simulations | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
| RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
| RU2659710C1 (en) | Vessel speed measuring method by the doppler log | |
| RU2736567C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference in bistatic sonar | |
| CN114384525A (en) | Target intensity self-testing method and system based on boundary acoustic reflection | |
| Prieur et al. | Theoretical improvements when using the second harmonic signal in acoustic Doppler current profilers | |
| Gebbie et al. | Passive acoustic array harbor security applications | |
| RU2689998C1 (en) | Multifrequency sonar side viewer | |
| RU2410721C1 (en) | Method of detecting objects inside mud line | |
| Wanis | Design and applications of a vertical beam in acoustic Doppler current profilers | |
| CN111025272A (en) | Planar acoustic array ultra-wide coverage beam transmitting method with tunnel effect suppression capability | |
| Khil’ko et al. | Detection of spatially localized inhomogeneities in refractive waveguides when probing with focused high-frequency acoustic pulses | |
| RU2161319C1 (en) | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea | |
| Clark | Vertical directionality of midfrequency surface noise in downward-refracting environments | |
| RU2461844C1 (en) | System for hydrolocation of targets in shallow water conditions | |
| RU2795577C1 (en) | Multi-frequency correlation method for measuring current velocity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150221 |